содержание .. 2 3 4 5 ..
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ВОДООТВЕДЕНИЯ ПОСЕЛЕНИЙ, ГОРОДСКИХ ОКРУГОВ (ИТС 10-2019) - часть 4
Таблица 4.3 - Референц-объекты, на которых применены технологии БНДХФ
Проектная
производи-
тельность /
Среднегодовое
Вид /доза реа-
фактическая
содержание
гента, кг/1000
Эффективность
Технология
Объекты
нагрузка (год,
загрязнений
м3 по товар-
удаления,%
за который
в очищенной
ному реагенту
приведены
воде, мг/л
данные),
тыс. м3/сут
Модифицированный
ВВ1) 7,9
процесс
БПК5 3,3
Лудзака-Эттингера
N-NH4 1,04
Nобщ - 80-85
ОС № 4
10,5/4,5
Нет данных
(МЛЭ) - предвклю-
N-NO3 7,9
Робщ - н/д
ченная денитрифика-
N-NO2 065
ция
Р-РО4 0,94
Комбинация двух тех-
ВВ - 5,1
нологий на станции.
БПК5 - 2,43
N-NH4 - 2,9
N общ - 69
77 % очищается на со-
ОС №
1050/852
14 кг/тыс. м3
N- NO3 - 4,9
Р общ - 96
оружениях БНД, 23 -
P-PO4 - 0,07
Nобщ - 9,4
БНДФ (JHB)
1) Здесь и далее ВВ - сокращенное обозначение взвешенных веществ/
4.2.1.2.1.5 Биологическая очистка в аэротенках от органических веществ и
азота, с биологическим удалением фосфора
Общее техническое описание
От БНД принципиально отличается наличием еще одной технологической зоны -
так называемой анаэробной. Эта зона часто называется зоной биологического удаления
фосфора, хотя сущность процессов в ней прямо противоположна. Данная зона конструк-
тивно может быть расположена как часть прямоугольного аэротенка, либо выделена в
отдельную емкость, называемую фосфорным бассейном. В циклических реакторах вме-
сто анаэробной зоны используется анаэробная стадия процесса в едином объеме со-
оружения.
Некоторые применяемые на практике технологические схемы процесса, далее со-
кращенно именуемого БНДБФ, приведены на рисунке 4.2 [28]. Кроме схем, изображен-
ных на рис. 4.2, находит применение также процесс Йоханнесбургского университета и
ряд других решений. Приведенный в данном разделе перечень конкретных технологий
193
БНДБФ (как и всех остальных) не ограничивает в использовании иных эффективных ре-
шений.
а) Процесс A2/O (Анаэробик-Аноксик-Оксик)
б) Процесс Кейптаунского университета (UCT)
194
в) Модифицированный процесс UCT (МUCT)
Рисунок 4.2 - Некоторые варианты процесса БНДБФ, применяемые в России
Большая часть схем удаления фосфора реализуют с выполнением стадий нитри-
и денитрификации по предвключенной технологии, «карусельной» (циркуляционной)
или симультанной технологии.
Благодаря наличию указанной зоны, согласно современным представлениям о
процессе, технология реализуется благодаря сочетанию четырех микробиологических
процессов, осуществляемых одним илом:
- аэробное окисление органических загрязнений растворенным кислородом.
В данном процессе производится двумя различными функциональными группами мик-
роорганизмов. Первая - обычные гетеротрофы, потребляющие различные органиче-
ские соединения. Вторая - фосфораккумулирующие микроорганизмы (ФАО), способ-
ные потреблять только летучие жирные кислоты (ЛЖК), доступные им в анаэробной
зоне. Их специфический механизм запасания энергии в клетках работает за счет накоп-
ления в ней полифосфатов в количествах до 20-30 % фосфора от сухого вещества кле-
ток данных бактерий и до 5-7 % от сухого вещества ила в целом;
- анаэробное поглощение ФАО летучих жирных кислот с преобразованием их во
внутриклеточное полимерное соединение, с выделением при этом в жидкую фазу фос-
фатов. Они выделяются в результате распада полифосфата, дающего клеткам ФАО
энергию на поглощение и биохимическую трансформацию ЛЖК. Окисление органиче-
195
ских соединений, образующихся в анаэробных условиях, производится позже, при попа-
дании иловой смеси как аэробные условия, так и в зону денитрификации (денитрифици-
рующие ФАО)
- аэробное окисление аммонийного азота до нитратов (нитрификация);
- аноксидное окисление органических загрязнений кислородом нитратов, с восста-
новлением нитратного азота до молекулярного (денитрификация). Данный процесс мо-
жет также производится денитрифицирующими ФАО.
В простейшем виде технология функционирует следующим образом: возвратный
активный ил попадает в анаэробную зону, куда поступает сырая сточная вода, затем
иловая смесь поступает в блок БНД, после чего на стадию илоразделения.
Важным условием эффективного биологического удаления фосфора является
предотвращение попадания в анаэробную зону существенных концентраций азота нит-
ратов, так как в их присутствии ЛЖК, находящиеся в сточной воде, будут потребляться
не ФАО, а денитрификаторами. Особенностью процесса БНД является весьма суще-
ственное содержание азота нитратов в возвратном активном иле - до 6-9 мг/л. В усло-
виях, как правило, невысокой концентрации БПК в сточных водах в России и, соответ-
ственно, невысокого содержания ЛЖК вышеописанная технология с подачей возврат-
ного ила сразу в анаэробную зону работает плохо. Для обеспечения низкого содержания
нитратов в подаваемом в нее иле его вначале подвергают денитрификации, либо внутри
технологии БНД, либо в отдельной зоне.
В зависимости от используемой разновидности метода используется подача в
анаэробную зону иловой смеси, прошедшей предварительную денитрификацию. С этой
целью используют рециркуляционные насосы.
Присутствие растворенного кислорода в анаэробной зоне недопустимо.
Организация процесса БНД, аэрация и перемешивание производятся аналогично
описанию для БНД. Анаэробную зону перемешивают только мешалками.
Группа технологий БНДБФ, несмотря на 40-летнюю историю применения, по-
прежнему активно развивается. Это связано со сложностью микробиологических и био-
химических процессов, протекающих при взаимодействии 4 вышеперечисленных групп
микроорганизмов.
БНДБФ не могут быть эффективно применены на любой ГСВ. Необходимым усло-
вием является наличие минимально необходимого соотношения в этой ГСВ величин
БПК и общего фосфора. При меньших значениях сточная вода не будет содержать до-
статочно органического вещества, чтобы его хватило и для денитрификации, и для роста
196
ФАО. Важно также содержание ЛЖК, однако при достаточном количестве БПК на его
увеличение можно влиять (см.: подраздел 4.1.1.6).
При дальнейшей обработке избыточного активного ила с повышенным содержа-
нием фосфора не должно допускаться образование в нем анаэробных условий, и в осо-
бенности при наличии доступного органического вещества, так как в этом случае ФАО в
соответствии со своим метаболизмом быстро выделят фосфор.
Преимущества для окружающей среды
Позволяет удалять органические загрязнения с эффективностью до 96-98 % -
до 5-8 мг/л, соединения азота - до 90 %, общий фосфор - до 90 %, фосфор фосфа-
тов - до 95 %.
Наряду с удалением органических загрязнений, определяемых по БПК5, удаляет,
благодаря физико-химическим взаимодействиям, значительную часть тяжелых метал-
лов. Также окисляет многие специфические техногенные загрязнители, такие как нефте-
продукты, СПАВ, а также сероводород.
Технология (с использованием технологий обработки и утилизации осадка) позво-
ляет осуществить существенную рекуперацию фосфора из сточных вод. Это имеет важ-
ное значение в условиях конечности запасов фосфорных руд. Для извлечения фосфора
используют технологические приемы, провоцирующие выделение фосфора из избыточ-
ного активного ила с последующим выделением его в виде соединений, имеющих агро-
химическую ценность (см.: п. 7.2.1).
Межсредовые воздействия
Аналогичны описанным для БО и БНД, кроме повышенной эмиссии летучих ве-
ществ в воздушную среду из анаэробных зон.
Не требуя использования реагентов, метод минимизирует образование потенци-
альных отходов. Повышая удобрительную ценность осадка, технология увеличивает его
привлекательность как удобрения.
Применимость
Метод применим как заключительная стадия очистки на очистных сооружениях от
небольших и выше. Причиной ограничений является относительная сложность эксплуа-
тации технологии.
Применение метода требует дополнительного объема на 1,5-2 ч пребывания
сточной воды, что требует увеличения объема, необходимого для БНД, примерно на
20 %.
197
Затраты на электроэнергию не возрастают. Увеличение количества избыточного
активного ила пренебрежимо мало.
Метод не может быть рассчитан на достижение концентрации общего фосфора
менее 1 мг/л, что соответствует 0,6-0,8 мг/л фосфора фосфатов. На практике дости-
жимы (в отдельные продолжительные периоды) концентрации до 0,2 мг/л. Таким обра-
зом, он позволяет достичь практически тех же результатов, что и БНДХФ, но без приме-
нения дорогостоящих реагентов. В развитых странах происходит постепенное вытесне-
ние группой технологий БНДБФ методов с химическим осаждением фосфатов.
Факторы, влияющие на возможность реализации
Один из наиболее сложных методов биологической очистки из находящих массо-
вое распространение. Требует для своей реализации использования дополнительного
оборудования (мешалки, насосы рециркуляции).
Корректная разработка технологической части проекта и наладка процесса во
многих случаях представляют сложность и требуют привлечения квалифицированных
специалистов.
В отдельные периоды из-за колебаний состава сточных вод, условий эксплуата-
ции, а также субъективных факторов эффективность биоудаления фосфора может сни-
жаться, в эти периоды фосфор фосфатов возрастает до 1,0-1,5 мг/л. Отказ от исполь-
зования первичного осветления может повысить надежность метода, однако суще-
ственно увеличивает объем аэротенков и потребность в электроэнергии.
Способность фосфора, биологически поглощенного активным илом, очень быстро
выделяться в жидкую фазу при попадании ила в анаэробные условия во избежание фор-
мирования на очистных сооружениях мощного рецикла фосфатов накладывает суще-
ственные ограничения на проведение процессов обработки осадка и требует примене-
ния специальных технологических приемов. По данным многих объектов в странах За-
падной и Восточной Европы, в процессе мезофильного анаэробного сбраживания, не-
смотря на наличие анаэробных условий, рецикл фосфора на ОС не превышает 15-20 %.
По термофильному сбраживанию недостаточно данных о степени удержания фосфора
в твердой фазе.
Сравнительная характеристика технологических схем нитри- и денитрификации с
биологическим удалением азота и фосфора приведена в таблице 4.4.
198
Таблица 4.4 - Сравнительная характеристика технологических схем нитри- и денитрификации
с биологическим удалением азота
Процесс
Преимущества
Недостатки
Наиболее простая и хорошо проверенная
Возвратный ил содержит нитраты, посту-
технология. Низкие капитальные и эксплу-
пающие в анаэробную зону, что на низко-
A2/O
атационные затраты, в том числе мини-
концентрированных стоках практически
мальные затраты электроэнергии на ре-
блокирует улучшенное удаление фос-
циркуляцию
фора
Эффективное удаление фосфора и из
Требуется дополнительная система ре-
низкоконцентрированных сточных вод мо-
циркуляции. Концентрация иловой смеси
жет быть достигнуто хорошее удаление
в анаэробной зоне снижена, что приводит
UCT
фосфора.
к меньшей доле ФАО в иле
Хорошее удаление азота
Более адаптирована к работе при низком
Повышенная сложность процесса. Слож-
соотношении C/N и поэтому более
нее автоматизировать процесс N-D путем
МUCT
надежна. Хороший опыт эксплуатации
изменения соотношения аэрируемых и
аноксидных зон
Референц-объекты, на которых применены технологии БНДБФ, приведены в таб-
лице 4.5.
Таблица 4.5 - Референц-объекты, на которых применены технологии БНДБФ
Проектная производитель-
ность /
фактическая нагрузка,
Качество очищенной
Эффективность уда-
Технология
Объекты
тыс. м3/сут
воды, мг/л
ления, %
(в скобках - год, за кото-
рый приведены данные)
A2/O
ОС № 5
50/15
N-NH4 0,36
Nобщ - 60-65
N-NO3 7,6
Робщ - 75-80
N-NO2 0,05
Р-РО4 0,6
ОС № 6
60/15,6
N-NH4 1,4
Nобщ - 70
N-NO3 7,1
Робщ - 80
N-NO2 0,04
Р-РО4 0,64
199
ОС № 71)
24/12,6 (2016 г.)
Nобщ 7,7
Nобщ - 80
N-NH4 0,47
Робщ - 95
N-NO3 5,3
N-NO2 нет данных
Р-РО4 0,05
Робщ 0,26
UCT
ОС № 8
500/317 (2018 г.)
N-NH4 0,67
Nобщ -77
N-NO3 7,7
Робщ -70
N-NO2 0,08
Р-РО4 0,71
Робщ 0,95
МUCT
ОС № 9
100/99 (2018 г.)
N-NH4 0,752)
Nобщ - 85
N-NO3 6,9
Робщ - 90
N-NO2 0,3
Р-РО4 0,23
UCT
ОС №
1200/7883) (2018 г.)
N-NH4 1,5
Nобщ -75
N-NO3 12,8
Робщ -70
N-NO2 0,25
рассчитаны от посту-
Nобщ - 14,7
пающей сточной
Р-РО4 1,25
воды, включая освет-
Робщ 2,1
ление
UCT
ОС №
1) Использована технология «дозревания», с отключением части мешалок в анаэробной зоне.
2) Применяется доочистка в виде окислительно-когезионных фильтров (с ершовой загрузкой). Однако
она признана службой эксплуатации неэфективной.
3) Не завершено строительство необходимых вторичных отстойников, а также ацидофикаторов.
4.2.1.2.1.6 Биологическая очистка в аэротенках от органических веществ и
азота, с биологическим удалением фосфора, улучшенным с помощью
ацидофикации
Общее техническое описание
Для возможности надежного осуществления биологического удаления фосфора в
условиях недостаточной концентрации ЛЖК разработана группа технологий, которые
при взаимодействии с БНДБФ существенно повышают ее эффективность и надежность.
Простейшее, но дорогостоящее решение (в Российской Федерации не применя-
ется) - дозировать в анаэробную зону ЛЖК (уксусной кислоты). Этот реагент играет
роль субстрата для ФАО, инициируя их рост.
200
Дешевым источником ЛЖК является выработка их из органического вещества по-
ступающей сточной воды в результате процесса ацидофикации (обеспечения кисло-
тами). Другая также актуальная задача, решаемая при ацидофикации, - увеличение со-
отношения БПК/азот для проведения денитрификации до необходимой глубины.
Для этого осуществляют дополнительные технологические процессы с осадком
первичных отстойников. Используют следующие разновидности ацидофикации:
- рециркуляция осадка в первичных отстойниках, с подачей выведенного осадка
снова в распредкамеру отстойников. При этом ЛЖК, образовавшиеся в результате био-
химических процессов, поступают в воду и далее с осветленной водой - в анаэробную
зону аэротенков;
- уплотнение осадка первичных отстойников с подачей сливной воды перед аэро-
тенками;
- ферментация осадка в отдельных ацидофикаторах с последующим уплотнением и
подачей сливной воды перед аэротенками (в Российской Федерации не применяется);
- ферментация иловой смеси в анаэробной зоне, в отсутствии перемешивания.
Далее эта группа процессов биологической очистки сокращенно названа БНДБФ-А.
Преимущества для окружающей среды
Повышает надежность удаления фосфора фосфатов на уровне 0,2-0,7 мг/л, а
также поддержания азота нитратов на уровне ниже 9 мг/л.
Межсредовые воздействия
Приводит к некоторому пренебрежимо малому снижению твердой фазы осадка
первичных отстойников.
Увеличивает эмиссии ЛЖК, сероводорода, других дурнопахнущих веществ в ат-
мосферу.
Применимость
Начиная с небольших ОС.
Факторы, влияющие на возможность реализации
Ввиду выделения дурнопахнущих веществ из сооружений ацидофикации осадка
рекомендуется их перекрывать с очисткой отводимого воздуха.
Референц-объекты
- Технология хорошо изучена и применяется на многих объектах за рубежом.
В России известен удачный опыт применения (в режиме длительных производственных
201
испытаний) двух вариантов технологии на Люберецких очистных сооружениях для повы-
шения эффективности технологии БНДБФ. В настоящее время первичные остойники на
этих сооружениях работают в режиме ацидофикации, что обеспечивает устойчивое уда-
ление фосфора фосфатов, однако отдельные периоды срыва биологического удаления
имеют место. Весьма положительные результаты получены по технологии ферментации
иловой смеси в анаэробной зоне аэротенка на ОС г. Кириши. Однако этот процесс тре-
бует существенного запаса по объему сооружений, т.к. приводит к снижению возраста
ила вследствие его дополнительного отмирания.
4.2.1.2.1.7 Биологическая очистка в аэротенках от органических веществ и
азота, с химико-биологическим удалением фосфора
Техническое описание
Технологические схемы процесса, далее сокращенно именуемого БНДБХФ, отли-
чаются от БНДБФ только добавлением реагента.
В дополнение к тому или иному варианту технологии БНДБФ для повышения глу-
бины и надежности удаления фосфора в дополнение к биологической дефосфотации
используются реагенты (коагулянты), аналогично БНДХФ. Данный процесс называется
биолого-реагентным, или биолого-химическим удалением фосфора.
Возможны различные точки введения реагента (описаны выше для БНДХФ).
Применимость
Использование биолого-химического удаления фосфора применимо при любых
масштабах сооружений, так как использование реагента позволяет компенсировать не-
оптимальное биологическое удаление фосфора.
Недостатки метода БНДХФ выражены в этом методе пропорционально доле хи-
мического процесса в удалении фосфора.
Если разновидность технологии биоудаления фосфора применена правильно и
служба эксплуатации уделяет должное внимание биологической составляющей про-
цесса удаления, то на долю химического удаления приходится от 0 % до 25 % общего
удаления фосфора. При ошибках в выборе процесса и ненадлежащей эксплуатации
доля реагентного удаления достигает 80 %.
Референц-объекты, на которых применены технологии БНДБХФ, приведены в
таблице 4.6.
202
Таблица 4.6 - Референц-объекты, на которых применены технологии БНДБХФ
Проектная произво-
дительность /
Вид/доза
фактическая
реагента, кг/1000 м3
Качество
Эффективность
Технология
Объекты
нагрузка (в скобках
по товарному
очистки, мг/л
удаления, %
- год, за который
реагенту
приведены дан-
ные), тыс. м3/сут
A2/O1)
ОС № 10
80/48,5 (2018 г.)
Хлорное
железо,
Взвешенные
Nобщ - 92
38,3 % по FeCl3
вщества (ВВ)
Робщ - 85
11,0 кг кг/1000 м3
2,3
БПК5 1,1
N-NH4 0,3
N-NO3 3,1
N-NO2 0,02
Nобщ 6
Р-РО4 0,65
Робщ 1,22
ОС № 11
140/78 (2018 г.)
Раствор
хлорного
ВВ 4
Nобщ - 85
железа (38,3 %)
БПК5 2
Робщ - более 90
26,7 кг кг/1000м3
N-NH4 0,09
N-NO3 4,8
N-NO2 0,05
Р-РО4 0,12
UCT
ОС № 12
35/10,3 (2104 г.)
PAX 9 %
N-NH4 0,52
Nобщ - 65-70
Общесплавная си-
32 кг/1000 м3
N-NO3 10,8
Робщ - 80-85
стема водоотведе-
N-NO2 0,04
ния
Р-РО4 0,33
ОС № 132)
290/171 (2018 г.)
Алюминий сернокис-
ВВ - 3,4
Частично
лый, концентрация
БПК5 - 2,1
раздельная си-
8,7 % по Al,
N-NH4 - 0,5
Nобщ - 85
стема водоотведе-
30 кг/1000 м3
N- NO3 - 4,6
Робщ - 97
ния
P-PO4 - 0,074
Nобщ - 6,1
ОС № 2)
ВВ - 5,0
Алюминий сернокис-
БПК5 - 3,2
UCT (62,5 %
лый, концентрация
N-NH4 - 2,8
Nобщ - 74
мощностей) и
800/691 (2018 г.)
8,7 % по Al, 14 кг/тыс.
N- NO3 - 3,9
Робщ - 94
БНД - 37,5 %
м3
P-PO4 - 0,074
Nобщ - 8,9
203